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Cell新研究颠覆神经生物学教条

来源/作者:Genelibs   发表时间:May 30, 2016, 9:33 a.m.   文章热度:977   

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  哺乳动物的嗅觉比我们认为的要复杂得多。并非一个受体家族专门致力于检测气味,一项小鼠研究报道称发现嗅球周围的一组神经元利用了一种替代机制来捕捉 气味。他们所谓的这些necklace神经元利用了新发现的嗅觉检测系统来响应引起本能反应的气味,如信息素和种子与坚果的味道。

哺乳动物的嗅觉比我们认为的要复杂得多。并非一个受体家族专门致力于检测气味,一项小鼠研究报道称发现嗅球周围的一组神经元利用了一种替代机制来捕捉气味。他们所谓的这些necklace神经元利用了新发现的嗅觉检测系统来响应引起本能反应的气味,如信息素和种子与坚果的味道。

哈佛医学院神经生物学家Sandeep Robert Datta说:“我们的研究工作表明,就机理而言哺乳动物的嗅觉机制并非是完全统一的,而是可以采用许多形式,由多种类型的受体所介导。这些研究结果改变了我们对于动物如何探查化学环境的看法。”

回到1991年,获得诺贝尔奖的研究工作表明,在哺乳动物主要嗅觉系统中的每一个感觉神经元均表达一种类型的G蛋白偶联受体(GPCR), 来专门检测一种特定类型的气味。在嗅觉系统中所有感觉神经元的这种活动模式使得我们能够区分出环境中的不同气味。这种每个神经元一种GPCR的模型还存在 于犁鼻嗅觉系统中,专门识别一些信息素,表明了一种常见且普遍的处理嗅觉的机制。然而,由necklace神经元构成的第三种嗅觉系统也可以响应不同的气 味。而一直以来却不清楚这些神经元表达了哪种受体,以及它们在气味感知中所起的作用。

在新研究中,Datta和他的研究小组发现不同于哺乳动物所有其他类型的嗅觉感知神经元,小鼠中的necklace神经元不表达GPCRs。这些神经元表达了以往从不知道在气味感知中起作用的MS4A类蛋白。此外,每个necklace神经元表达多种类型的MS4A受体,与组织昆虫和其他哺乳动物嗅觉系统的一个神经元一种受体规则完全相反。这些受体响应特定存在于坚果和种子中的脂肪酸以及已知小鼠厌恶的信息素。

Datta说:“这一研究发现有力地表明,大脑必定采用了与区别大多数气味时非常不同的一种策略,解读来自这些受体的信息。我们推测(但还没有证据 支持这一想法):MS4As被用来作为大脑的一种警报系统,让它知道在世界上有一些真正重要的东西就在那里,但却没有告诉大脑那确切是什么。”

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通过分析哺乳动物物种间Ms4a基因的差异,研究人员发现这些基因在哺乳动物味觉和信息素受体出现前就发生了进化。“MS4As已存在了至少4亿年,表明这些受体发挥了至关重要的作用,使得动物能够与嗅觉环境互作,”Datta说。

以往发现,MS4A受体存在于人类的肠、肺细胞,甚至精子细胞。基于MS4A受体在不同组织中的表达模式,以及它们检测的气味类型,Datta怀疑 MS4A分子代表了感知环境中一些小分子的一种古老机制。Datta说:“有可能这是MS4As跨物种的一种主要功能,而MS4As得嗅觉功能实际上是新 近进化出来的。”

目前尚不清楚MS4As在人类中是否充当了气味受体。在未来的研究中,Datta和他的研究小组将探究MS4A蛋白是否跨物种充当了一种原始的气味受体。“这将会非常的有趣,因为它表明了许多动物都有我们未意识到埋在主要嗅觉系统中的一种隐藏的鼻子,”Datta说。

由于MS4A p在机体许多细胞上表达,研究人员还将测试它们是否会检测身体自身产生的信号。“如果是这样的话,将表明经历进化Ms4As如此普遍的一个原因是,它们非常适合检测环境中的小分子,不论这一环境是外部或是内部世界,”Datta说。

如果有机会去闻一闻,山猫的气味将会令你难以忘怀——就好像烂肉混合着汗水的味道,背后有着一种难以形容的野性。对于人类来说,这只是令人皱鼻和恶心。但对于小鼠而言,它闻起来很像一样东西:恐惧。
现 在,一项研究确定了这一先天恐惧反应背后的神经细胞和大脑区域。借助利用特别设计的病毒来揭示相关神经信号通路的一项新技术,由Fred Hutchinson癌症研究中心生物学家、诺贝尔奖得主Linda Buck博士领导的一个研究小组,准确地找出了负责这种气味诱导反应的小鼠微小大脑区域。

美国索尔克研究所的研究人员通过测量线虫如何爬向一种吸引人的、食物样的气味,能够预测线虫是否会长寿。表明秀丽隐杆线虫可处理关于“环境以及随着动物衰老大脑中的电路如何变化”的信息(eLife惊人发现:用嗅觉预测寿命 )。

人类之所以能闻到气味,是因为有气味的物质“激活”了鼻子里的气味受体(OR)。然而,科学家们并不清楚这些受体识别气味分子的具体机制。嗅觉的振 动理论认为,我们是通过振动频率来感知气味的,而不是气味-气味受体的相互作用。

Cell, Greer and Bear et al.: "A Family of non-GPCR Chemosensors Defines an Alternative Logic for Mammalian Olfaction"


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